钢铁中的元素及作用

各种元素在钢铁中的作用钢铁是铁与C(碳)、Si(硅)、Mn(锰)、P(磷)、S(硫)以及少量的其他元素所组成的合金。

其中除Fe(铁)外，C的含量对钢铁的机械性能起着主要作用，故统称为铁碳合金。

它是工程技术中最重要、用量最大的金属材料。

各种元素在钢铁中有什么作用碳（Carbon)存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素。

有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0.6%以上的碳，也成为高碳钢。

铬（Chromium)增加耐磨损性，硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13%以上的认为是不锈钢。

尽管这么叫，如果保养不当，所有钢材都会生锈锰（Manganese）重要的元素，有助于生成纹理结构，增加坚固性，和强度、及耐磨损性。

在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A-2,L-6和CPM 420V。

钼（Molybdenum）碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS-34）总是包含1%或者更多的钼,这样它们才能在空气中变硬。

镍（Nickle）保持强度、抗腐蚀性、和韧性。

出现在L-6\AUS-6和AUS-8中。

硅（Silicon）有助于增强强度。

和锰一样，硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。

钨（Tungsten）增强抗磨损性。

将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。

在高速钢M-2中就含有大量的钨。

钒（Vanadium）增强抗磨损能力和延展性。

一种钒的碳化物用于制造条纹钢。

在许多种钢材中都含有钒，其中M-2，Vascowear，CPM T440V和420V A含有大量的钒。

而BG-42与ATS-34最大的不同就是前者含有钒按钢的用途分类一、结构钢（1)建筑及工程用结构钢简称建造用钢，它是指用于建筑、桥梁、船舶、锅炉或其他工程上制作金属结构件的钢。

（2)机械制造用结构钢--是指用于制造机械设备上结构零件的钢。

这类钢基本上都是优质钢或高级优质钢，主要有优质碳素结构钢、合金结构钢、易切结构钢、弹簧钢、滚动轴承钢等根据含碳量和用途的不同﹐这类钢大致又分为三类﹕1. 小于0.25％C为低碳钢﹐其中尤以含碳低于0.10%的08F﹐08Al等﹐由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车﹑制罐……等﹐20G则是制造普通锅炉的主要材料﹐此外﹐低碳钢也广泛地作为渗碳钢﹐用于机械制造业﹐2. 0.25～0.60％C为中碳钢﹐多在调质状态下使用﹐制作机械制造工业的零件。

调质多少22~34HRC,能得到综合机械性能,也便于切削.3. 大于0.6％C为高碳钢﹐多用于制造弹簧﹑齿轮﹑轧辊等﹐根据含锰量的不同﹐又可分为普通含锰量(0.25～0.8％)和较高含锰量(0.7～1.0％和0.9～1.2％)两钢组。

锰能改善钢的淬透性﹐强化铁素体﹐提高钢的屈服强度﹑抗拉强度和耐磨性。

通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”﹐如15Mn﹑20Mn以区别于正常含锰量的碳素钢。

二、工具钢一般用于制造各种工具，如碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢等。

按用途又可分为刃具钢、模具钢、量具钢。

工具钢（Tool steel），是用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。

工具钢具有较高的硬度和在高温下能保持高硬度得红硬性，以及高的耐磨性和适当的韧性。

工具钢一般分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。

T7、T7A 亚共析钢。

具有较好的塑、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负荷，但切削能力差。

用于制造承受冲击负荷不大，且要求具有适当硬度和耐磨性，及较好的韧性的工具，如锻模、凿子、锤、冲头、金属剪切刀、扩孔钻、钢印、木工工具、风动工具、机床顶尖、钳工工具、钻凿工具、较钝的外科医疗用具等。

T8、T8A 共析钢。

淬火加热时容易过热，变形也大，塑性和强度比较低，不宜制造承受较大冲击的工具，但经热处理后有较高的硬度和耐磨性。

用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，如木工工具、风动工具、钳工工具、简单模具、铆钉冲模、中心孔铳和冲模、切削钢材用工具、轴承、刀具、铝锡合金压铸板和型芯，以及各类弹簧等。

T8Mn、T8MnA 共析钢。

具有较高的淬透性和硬度，但塑性和强度较低。

用于制造断面较大的木工工具、手锯锯条、刻印工具、铆钉冲模、发条、带锯锯条、圆盘锯片、煤矿用凿、石工用凿等。

T9、T9A 过共析钢。

具有较高的硬度，但塑性和强度较低。

用于制造要求较高硬度且有一定韧性的各种工具，如刻印工具、铆钉冲模、压床模、冲头、木工工具、农机切割零件、凿岩工具和铸模的分流钉等。

T10、T10A过共析钢。

晶粒细，在淬火加热时（温度达800℃）不致过热，仍能保持细品粒组织；淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以具有比T8、T8A钢更高的耐磨性，但韧性较低。

用于制造切削刃口在工作时不变热的工具，不承受冲击负荷而具有锋利刃口和少许韧性的工具，如加工木材用工具、手用横锯、手用细木工具、机用细木工具、麻花钻、拉丝模、冲模、冷镦模、螺丝锥、扩孔刀具、搓丝板、车刀、刨刀、铣刀、货币压模、小尺寸断面均匀的冷切边及冲孔模、低精度形状简单的卡板、钳工刮刀、硬岩石钻子、制铆钉和钉子用工具、螺丝刀、锉刀、刻纹用凿子、切纸和烟叶用刀具等。

T11、T11A 过共析钢。

具有较好的综合力学性能（如硬度、耐磨性和韧性等），晶粒更细，在加热时对晶粒长大和形成碳化物网的敏感性小。

用于制造在工作时切削刃口不变热的工具，如锯、錾刀、丝锥、锉刀、刮刀、发条、仪规、扩孔钻、板牙、切烟叶用刀具、尺寸不大和断面无急剧变化的冷冲模及木工刀具等。

T12、T12A 过共析钢。

由于碳含量高。

淬火后仍有较多的过剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韧性低，且淬火变形大。

不适于制造切削速度高和受冲击负荷的工具。

用于制造不受冲击负荷，切削速度不高，切削刃口不变热的工具，如车刀、铣刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、刀片、小型冲头、钢锉、锯、发条、切烟叶用刀具，及断面尺寸小的冷切边模和冲口模等。

T13、T13A 过共析钢。

由于碳含量高，淬火后有更多的过剩碳化物，所以硬度更高，韧性更差；又由于碳化物数量增加且分布不均匀，故力学性能较差。

不适用于制造承受冲击负荷和较高速度的切削工具。

用于制造不受冲击负荷，但要求极高硬度的金属切削工具，如剃刀、刮刀、拉丝工具、锉刀、刻纹用工具、钻子，以及坚硬岩石加工用工具和雕刻用工具等。

合金工具钢合金工具钢的淬硬性、淬透性、耐磨性和韧性均比碳素工具钢高，按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢3类。

其中碳含量高的钢（碳质量分数大于0080%）多用于制造刃具、量具和冷作模具，这类钢淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足够的耐磨性；碳含量中等的钢（碳质量分数0.35%~0.70%）多用于制造热作模具，这类钢淬火后的硬度稍低，为HRC50~55,但韧性良好。

高速工具钢高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。

由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。

高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。

退火状态的高速工具钢的主要合金元素有多、钼、铬、钒，还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。

这类钢属于高碳高合金莱氏体钢，其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。

铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物，经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中，称为一次碳化物；从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。

这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大，特别是二次碳化物，其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。

碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关，而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。

钨、钼是高速工具钢的主要合金元素，对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。

铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用，对二次硬化也有一定的作用。

钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用，但降低可磨削性能。

高速工具钢的淬火温度很高，接近熔点，其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中，使钢具有更好的二次硬化能力。

高速工具钢淬火后硬度升高，此为第一次硬化，但淬火温度越高，则回火后的强度和韧性越低。

淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高，至520~580℃范围内回火（化学成分不同，回火温度不同）出现第二次硬度高峰，并超过淬火硬度，此为二次硬化。

这是高速工具钢的重要特性。

高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外，还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。

多系高速工具钢主要合金元素是钨，不含钼或含少量钼。

其主要特性是过热敏感性小，脱碳敏感性小、热处理和热加工温度范围较宽，但碳化物颗粒粗大，分布均匀性差，影响钢的韧性和塑性。

钨钼系高速工具钢的主要合金元素是钨和钼。

其主要特性是碳化物的颗粒度和分布均优于钨系高速工具钢，脱碳敏感性和过热敏感性低于钼系高速工具钢，使用性能和工艺性能均较好。

钼系高速工具钢的主要合金元素是钼，不含钨或含少量钨。

其主要特性是碳化物颗粒细，分布均匀、韧性好，但脱碳敏感性和过热敏感性大、热加工和热处理范围窄。

含钻高速工具钢是在通用高速工具钢的基础上加入一定量的钴，可显著提高钢的硬度、耐磨性和韧性。

粉末高速工具钢是用粉末冶金方法产生的。

首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末，然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密的钢坯，再经锻、轧成材。

粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀，韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好，可生产用铸锭法个可能产生更高合金元素含量的超硬高速工具钢。

粉末高速工具钢可分为3类，第一类是含钴高速工具钢，其特点是具有接近硬质合金的硬度，而且还具有良好的可锻性、可加工性、可磨性和强韧性。

第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。

第三类是超级耐磨高速工具钢。

其硬度不太高，但耐磨性极好，主要用于要求高耐磨并承受冲击负荷的工作条件。

三、特殊钢具有特殊性能的钢，如不锈耐酸钢、耐热不起皮钢、高电阻合金、耐磨钢、磁钢等。

对特殊钢尚无统一的定义和概念，一般认为特殊钢是指具有特殊的化学成分（合金化）、采用特殊的工艺生产、具备特殊的组织和性能、能够满足特殊需要的钢类。

我国与日本、欧盟对特殊钢的定义比较接近，将特殊钢分成优质碳素钢、合金钢、高合金钢（合金元素大于10％）三大类，其中合金钢和高合金钢占特殊钢产量的70％。

主要钢种有特殊碳素结构钢、碳素工具钢、碳素弹簧钢、合金弹簧钢、合金结构钢、滚珠轴承钢、合金工具钢、高合金工具钢、高速工具钢、不锈钢、耐热钢，以及高温合金、精密合金、电热合金等。

四、专业用钢这是指各个工业部门专业用途的钢，如汽车用钢、农机用钢、航空用钢、化工机械用钢、锅炉用钢、电工用钢、焊条用钢等。